Física 4 – UFRJ – 2019.1 – P2 – Questão 2
Considere as afirmações a seguir sobre os fótons, as partículas de luz:
i) a relação entre energia total e momento linear para um fóton é ;
ii) os fótons podem ser interpretados como partículas relativísticas com massa de repouso NULA;
iii) o VETOR velocidade de um fóton no vácuo é constante e assume o mesmo valor independentemente do referencial inercial considerado.
Marque a alternativa correta:
a) apenas ii é verdadeira.
b) apenas i e iii são verdadeiras.
c) apenas ii e iii são verdadeiras.
d) apenas i é verdadeira.
e) apenas iii é verdadeira.
f) apenas i e ii são verdadeiras.
g) todas são verdadeiras.
h) nenhuma é verdadeira.
Passo 1
Eai pessoal, prontos para uma questão de relatividade?
Eu vou resolver essa questão respondendo as três afirmativas de uma vez! Para isso, vamos lembrar da relação entre energia e momento na relatividade:
Essa relação é totalmente geral e vale para qualquer partícula! O fóton é uma partícula especial que não tem massa e por isso se propaga com a velocidade da luz em qualquer referencial! Tirando a massa da brincadeira, achamos
Logo,
Portanto, a afirmativa (i) está errada pois ela diz que e a afirmativa (ii) está correta pois o fóton é uma partícula relativística (se move com velocidade ) sem massa! Com isso, a resposta pode ser alternativa A ou alternativa C.
Passo 2
Para a afirmativa (iii) já adianto que estou bastante em dúvida!
Legal, sabemos que os fótons se movem com velocidade em qualquer referencial, então isso significa que sua velocidade é constante e assume o mesmo valor independentemente do referencial. Até aqui tudo bem e está correto.
O problema é que a afirmativa fala que o vetor velocidade é constante: “o VETOR velocidade de um fóton no vácuo é constante e assume o mesmo valor independentemente do referencial inercial considerado.”
Aliás, a palavra vetor está destacada, o que sugere que isso é importante para interpretar o problema.
Mas qual é a questão? Se o módulo da velocidade é constante, o vetor deve ser, certo? Pensa na luz se propagando no espaço (vácuo), ela se propaga em linha reta sem sofrer desvios, então a direção do vetor velocidade do fóton não deve mudar, certo? ERRADO!
Einstein previu que a luz pode ser desviada se um corpo com uma massa muito grande (como um planeta ou até um buraco negro) deformar o espaço-tempo de modo que a luz sofra um pequeno desvio. Isso significa que não necessariamente a direção do vetor velocidade de um fóton seja constante.
Levando tudo isso em conta, creio que a afirmativa (iii) esteja errada e a alternativa correta seja a letra A. Porém não sei se o exercício queria que a gente fosse tão longe assim (usando relatividade geral) para responder essa pergunta, aí que fica minha dúvida...
Dito isso, eu não ficaria surpreso se o gabarito oficial fosse alternativa C. Porém, vou confiar que seja A.
Resposta
Alternativa A.